211service.com
Den här antennen böjer sig men går inte sönder
Ingenjörer vid North Carolina State University har skapat en mycket effektiv, flexibel och självläkande antenn med hjälp av en metallegering som är en vätska vid rumstemperatur.
Rulla upp: Antennen fortsätter att fungera även när den är uppfälld.
De flesta material som ingår i elektroniska enheter är spröda, oflexibla och benägna att skadas, inklusive koppar som används oftast för att tillverka antenner. Den nya flytande metallantennen kan göra det lättare att skicka och ta emot data från flexibel elektronik. Möjliga användningsområden inkluderar sensorer som är inbyggda i kläder eller andra textilier, smidigt elektroniskt papper eller implanterbar biomedicinsk utrustning.
Michael Dickey , en biträdande professor i kemisk och biomolekylär ingenjörskonst vid NC State, arbetade med en gallium-indium-legering, som är flytande vid rumstemperatur, och undersökte hur den beter sig i mikrokanaler med tanke på elektroniktillverkningstillämpningar. På jakt efter andra möjliga användningsområden kom han på idén att göra en flexibel antenn. I samarbete med elektroingenjör Gianluca Lazzi – då vid NC State, nu ordförande för avdelningen för el- och datorteknik vid University of Utah–Dickey och hans studenter använde legeringen och en vanlig flexibel polymer som kallas polydimetylsiloxan (PDMS) för att göra en enkel dipolantenn – i huvudsak en rak stav , som de gammaldags bunny ear-antennerna som används för analog TV.
Forskarna hällde flytande PDMS i en form som lämnade den med en enda inre kanal när den väl härdat. De injicerade sedan den flytande gallium-indiumblandningen i kanalen och förseglade den. Det hela är ganska enkelt, säger Dickey.
Forskare vid Lazzis labb testade antennens prestanda och fann att de kunde skapa en elektrisk kontakt med enheten helt enkelt genom att sticka in en tråd i vätskan, vilket eliminerar behovet av lödning. I labbet strålade antennen över ett brett frekvensområde med cirka 90 procent effektivitet – motsvarande effektiviteten hos en liknande antenn gjord av koppar. Det är det första vi blev förvånade över, säger Lazzi. Antennen förblev också funktionell medan ingenjörerna böjde, vred och vek den på mitten; de sträckte den till och med ytterligare 40 procent utöver dess normala längd. När stressen släpptes, gick PDMS tillbaka till sin ursprungliga form.
När längden på antennen ändras genom att sträcka ut den, reagerar enheten på olika frekvenser av radiovågor. Att sträcka ut enheten åtta millimeter förändrade dess maximala respons med över 200 megahertz. Lazzi säger att detta kan vara ett nytt sätt att ställa in antennen eller att skapa en kombinerad antennsensor. Inbäddad i maskiner eller i en betongkonstruktion som en bro, kan antennen övervaka den för belastning över tid.
Formskiftare: En flexibel antenn består av flytande metall som injiceras i mikrokanaler i en stretchig polymer.
Antennen av flytande metall kan också läka sig själv när den skadas. När den utsätts för luft bildar legeringen en tunn oxiderad beläggning som hindrar den från att flöda fritt. När han visste detta skar Dickey igenom antennen med ett rakblad för att testa dess förmåga att läka. Oxidskiktet höll kvar den flytande metallen inom PDMS, och när rakhyveln väl togs bort, i många fall ombildade de två ändarna spontant en enda, ledande tråd. I de andra fallen var forskarna tvungna att trycka ihop de avskurna ändarna för att återupprätta en anslutning.
Dickey säger att det skulle vara lätt att masstillverka den här typen av antenn: ett helt ark med PDMS-formulär kan göras på en gång och sedan skäras upp i individuella enheter. Forskarna utvärderar också andra polymerer, eftersom PDMS kan störa effektiviteten hos vissa former av antenner, såsom slingor, spiraler eller patchar som används mer vanligt i kommunikationsenheter som mobiltelefoner och radio- eller TV-sändtagare. Dessutom, säger Dickey, kan andra polymerer tillåta antennerna att sträcka sig ännu längre än PDMS innan de slits isär.
Forskare som utvecklar flexibel elektronik är intresserade av de möjligheter som den nya antennen öppnar upp. Det är ett riktigt smart sätt att ta itu med ett viktigt problem, säg John Rogers , en ingenjörsprofessor vid University of Illinois i Urabana-Champaign som utvecklar mjuka material för flexibel och töjbar elektronik.
Juan Hinestroza , en biträdande professor i fibervetenskap vid Cornell University, lyfter idén om att införliva Bluetooth- eller mobiltelefonantenner i kläder. På grund av flexibiliteten kommer det att bli försumbara effekter på materialets draperingsegenskaper, och antennen kan gå obemärkt för observatören och bäraren, säger han.